Тема 15. Системы управления базами данных.

 

Очень часто возникает задача об упорядоченном хранении разнообразной информации на компьютере. В своем компьютере, например, можно хранить фамилии и адреса всех ваших друзей или клиентов. Может, вы храните все написанные вами письма, и они сгруппированы по адресатам, а возможно, у вас есть набор файлов с данными по финансовым делам: получен­ным или выставленным счетам, расходам по чековой книжке или балансам. Когда вы оказываетесь перед подобными проблемами, вам нужна система управления базами данных (СУБД).

В подавляющем большинстве случаев при решении хозяйственных, экономических и финансовых задач приходится иметь дело с обширными специфически структурированными и взаимозависимыми массивами данных. Такие сложные наборы данных традиционно принято назы­вать базами данных.

База данных (БД) — это поименованная совокупность структурированных данных, относящихся к определенной предметной области. Система управления базами данных (СУБД) — это комплекс программ­ных и языковых средств, необходимых для создания баз данных, поддержа­ния их в актуальном состоянии и организации поиска в них необходимой информации.

Цель любой информационной системы — обработка данных об объектах реального мира.

В широком смысле слова база данных — это совокупность сведений о конкретных объектах реального мира в какой-либо предметной области.

Базу данных (БД) можно определить как унифицированную совокупность данных, совместно используемую различными задачами в рамках некоторой единой авто­матизированной информационной системы (ИС).

Создавая базу данных, пользователь стремится упорядочить информацию по различ­ным признакам и быстро извлекать выборку с произвольным сочетанием признаков. Сде­лать это возможно, только если данные структурированы.

Неструктурированными называют данные, записанные, например, в текстовом файле. Неструктурированными называют данные, записанные, например, в текстовом файле.

Структурирование — это введение соглашений о способах представления данных.

Пример неструктурированных данных, содержащих сведе­ния о студентах (номер личного дела, фамилию, имя, отчество и год рождения).

Личное дело № 16493, Сергеев Петр Михайлович, дата рождения 1 января 1976 г.; Л/д № 16593, Петрова Анна Владимировна, дата рожд. 15 марта 1975 г.: № личн. дела 16693, д.р. 14.04.76, Анохин Андрей Борисович.

Чтобы автоматизировать поиск и систематизировать эти данные, необходимо вырабо­тать определенные соглашения о способах представления данных, т.е. дату рождения нужно записывать одинаково для каждого студента, она должна иметь одинаковую длину и определенное место среди остальной информации. Эти же замечания спра­ведливы и для остальных данных (номер личного дела, фамилия, имя, отчество).

Пример. После проведения несложной структуризации с информацией, указан­ной в примере, она будет выглядеть так, как это показано в таблице ниже.

№ личного дела	Фамилия	Имя	Отчество	Дата рождения
	Сергеев	Петр	Михайлович	01.01,76
	Петрова	Анна	Владимировна	15.03.75
	Анохин	Андрей	Борисович	14.04.76

 

Объектом называется элемент информационной системы, сведения о котором хра­нятся в базе данных. Иногда объект также называют сущностью (от англ. entity).

Классом объектов называют их совокупность, обладающую одинаковым набором свойств.

Атрибут — это информационное отображение свойств объекта. Каждый объект характеризуется некоторым набором атрибутов.

Ключевым элементом данных называются такой атрибут (или группа атрибутов), который позволяет определить значения других элементов данных.

Запись данных (англ. эквивалент record) — это совокупность значений связанных элементов данных.

Первичный ключ — это атрибут (или группа атрибутов), который уникальным об­разом идентифицируют каждый экземпляр объекта (запись).

Вторичным ключом называется атрибут (или группа атрибутов), значение которого может повторять­ся для нескольких записей (экземпляров объекта). Прежде всего, вторичные клю­чи используются в операциях поиска записей.

Процедуры хранения данных в базе должны подчиняться некоторым общим прин­ципам, среди которых в первую очередь следует выделить:

- целостность и непротиворечивость данных, под которыми понимается как физическая сохранность данных, так и предотвращение неверного использова­ния данных, поддержка допустимых сочетаний их значений, защита от струк­турных искажений и несанкционированного доступа;

- минимальная избыточность да иных обозначает, что любой элемент данных должен храниться в базе в единственном виде, что позволяет избежать необхо­димости дублирования операций, производимых с ним.

Все эти функциональные возможности в полной мере реализованы в Microsoft Access.

Перечислим основные функциональные возможности:

- Определение данных (Data definition) — вы можете определить, какая именно информация будет храниться в вашей базе данных, задать структуру данных и их тип (например, количество цифр или символов), а также указать, как эти данные связаны между собой. В некоторых случаях вы можете также задать форматы и критерии проверки данных.

- Обработка данных (Data manipulation) — данные можно обрабатывать самыми различными способами. Можно выбирать любые поля, фильтровать и сортировать данные. Можно объединять данные с другой связанной с ними информацией и вычислять итоговые значения.

- Управление данными (Data control) — вы можете указать, кому разрешено знакомиться с данными, корректировать их или добавлять

На самом общем уровне все СУБД можно разделить:

- на профессиональные, или промышленные;

- персональные (настольные).

Профессиональные (промышленные) СУБД представляют собой программную основу для разработки автоматизированных систем управления крупными эконо­мическими объектами. На их базе создаются комплексы управления и обработки информации крупных предприятий, банков или даже целых отраслей. Первосте­пенными условиями, которым должны удовлетворять профессиональные СУБД, являются:

- возможность организации совместной параллельной работы большого коли­чества пользователей;

- масштабируемость, то есть возможность роста системы пропорционально рас­ширению управляемого объекта;

- переносимость на различные аппаратные и программные платформы; устойчивость по отношению к сбоям различного рода, в том числе наличие многоуровневой системы резервирования хранимой информации;

- обеспечение безопасности хранимых данных и развитой структурированной системы доступа к ним.

По технологии обработки данных базы данных подразделяются на централизованные и распределенные.

Централизованная база данных хранится в памяти одной вычислительной системы. Если эта вычислительная система является компонентом сети ЭВМ, возможен распределенный доступ к такой базе. Такой способ использования баз данных часто приме­няют в локальных сетях ПК.

Распределенная база данных состоит из нескольких, возможно пересекаю­щихся или даже дублирующих друг друга частей, хранимых в различных ЭВМ вычисли­тельной сети. Работа с такой базой осуществляется с помощью системы управления распределенной базой данных (СУРБД).

По способу доступа к данным базы данных разделяются на базы данных с локальным доступом и базы данных с удаленным (сетевым) доступом.

Системы централизованных баз данных с сетевым доступом предполагают различные архитектуры подобных систем:

- файл-сервер;

- клиент-сервер.

Файл-сервер. Архитектура систем БД с сетевым доступом предполагает выделение одной из машин сети в качестве центральной (сервер файлов). На такой машине хранится совместно используемая централизованная БД. Все другие машины сети выполняют функ­ции рабочих станций, с помощью которых поддерживается доступ пользовательской системы к централизованной базе данных. Файлы базы данных в соответствии с пользова­тельскими запросами передаются на рабочие станции, где в основном и производится обра­ботка.

Клиент-сервер. В этой концепции подразумевается, что помимо хранения централи­зованной базы данных центральная машина (сервер базы данных) должна обеспечивать вы­полнение основного объема обработки данных.

В теории систем управления базами данных выделяют модели трех основных ти­пов:

- Иерархическую;

- Сетевую;

- Реляционную.

Иерархическую. Терминологической основой для иерархической и сетевой моделей являются по­нятия: атрибут, агрегат и запись. Под атрибутом (элементом данных) понимает­ся наименьшая поименованная структурная единица данных. Поименованное множество атрибутов может образовывать агрегат данных. В некоторых случаях отдельно взятый агрегат может состоять из множества экземпляров однотипных данных, или, как еще говорят, являться множественным элементом. Наконец, запи­сью называют составной агрегат, который не входит в состав других агрегатов.

В иерархической модели все записи, агрегаты и атрибуты базы данных образуют иерархически организованный набор, то есть такую структуру, в которой все элементы связаны отношениями подчиненности, и при этом любой элемент может подчиняться только одному какому-нибудь другому элементу. Такую форму за­висимости удобно изображать с помощью древовидного графа (схемы, состоящей из точек и стрелок, которая связна и не имеет циклов). Иерархическое дерево имеет только одну вершину (корень дерева), не подчиненную ника­кой другой вершине и находящуюся на самом верхнем (первом) уровне. Зависимые (подчи­ненные) узлы находятся на втором, третьем и т.д. уровнях. Количество деревьев в базе данных определяется числом корневых записей. К каждой записи базы данных существует только один (иерархический) путь от корне­вой записи.

Сетевая. Сетевой подход к организации данных является расширением иерархического. Сетевая БД состоит из набора записей и набора связей между этими записями, точнее, из набора экземпляров записей заданных типов (из допустимого набора типов) и набора экземпляров из заданного набора типов связи. Примером системы управления данными с сетевой организацией является Integ­rated Database Management System (IDMS) компании Cullinet Software Inc., разработанная в середине 70-х годов. Она предназначена для использования на «больших» вычислительных машинах. В сетевой структуре при тех же основных понятиях (уровень, узел, связь) каждый элемент может быть связан с любым другим элементом.

Реляционная. Концепции реляционной модели впервые были сформулированы в работах аме­риканского ученого Э. Ф. Кодда. Откуда происходит ее второе название — модель Кодда. Почти все современные системы основаны на реляционной (relational) модели управления базами данных. Название реляционная связано с тем, что каждая запись в такой базе данных содержит информацию, относящуюся (related) только к одному конкретному объекту. Кроме того, с данными двух типов (например, о клиентах и заказах) можно работать как с единым целым, основанным на значениях связанных между собой (related) данных. Например, если включать фамилию и адрес клиента в каждый его заказ, то это привело бы к хранению повторяющейся информации. Поэтому в реляционной системе информация о заказах содержит поле данных, куда вводится код клиента, по которому информация о каждом заказе объединяется с данными о соответству­ющем клиенте.

Реляционная модель ориентирована на организацию данных в виде двумерных таб­лиц. Каждая реляционная таблица представляет собой двумерный массив и обла­дает следующими свойствами:

- каждый элемент таблицы — один элемент данных;

- все столбцы в таблице однородные, т.е. все элементы в столбце имеют одинаковый тип (числовой, символьный и т.д.) и длину;

- каждый столбец имеет уникальное имя;

- одинаковые строки в таблице отсутствуют;

- порядок следования строк и столбцов может быть произвольным.

Пример. Реляционной таблицей можно представить информацию о судимости.

№ личного дела	Фамилия	Имя	Отчество	Дата рождения	Срок
	Сергеев	Петр	Михайлович	02.04. 82
	Петлева	Анна	Петровна	15.03.75
	Анохин	Андрей	Борисович	14.04.76

Отношения представлены в виде таблиц, строки которых соответствуют кортежам или записям, а столбцы — атрибутам отношений, доменам, полям.

В реляционной базе данных каждая таблица должна иметь первичный ключ (клю­чевой элемент) — поле или комбинацию полей, которые единственным образом идентифицируют каждую строку в таблице.

Важным преимуществом реляционной модели является то, что в ее рамках дей­ствия над данными могут быть сведены к операциям реляционной алгебры, кото­рые выполняются над отношениями. Это такие операции, как объединение, пе­ресечение. вычитание, декартово произведение, выборка, проекция, соединение, деление.

Microsoft Access в настоящее время является одной из самых популярных среди настольных (персональных) программных систем управления базами данных.

Основные разделы главного окна соответствуют типам объектов, которые может содержать база данных Access. Это Таблицы, Запросы, Отчеты, Макросы и Модули. Заголовок окна содержит имя файла базы данных.

Интерфейс работы с объектами базы данных унифицирован. По каждому из них предусмотрены стандартные режимы работы:

- Создать — этот режим предназначен для создания структуры объектов;

- Конструктор — этот режим предназначен для изменения структуры объектов;

- Открыть (Просмотр, Запуск) — этот режим предназначен для работы с объектами базы дан­ных.

Рисунок 1 - Интерфейс Microsoft Access.

Важным средством, облегчающим работу с Access для начинающих пользова­телей, являются мастера. Мастер— специальные программные надстройки, предназна­ченные для создания объектов базы данных в режиме последовательного диало­га. Для опытных и продвинутых пользователей существуют возможности более гибкого управления ресурсами и возможностями объектов СУБД в режиме кон­структора.

Специфической особенностью СУБД Access является то, что вся информация, относящаяся к одной базе данных, хранится в едином файле. Такой файл имеет расширение *.mdb.

При работе с СУБД на экран выводятся рабочее поле и панель управления. Панель управле­ния при этом включает меню, вспомогательную область управления и строку подсказки. Расположение этих областей на экране может быть произвольным и зависит от особеннос­тей конкретной программы. Некоторые СУБД позволяют выводить на экран окно директив (командное окно) или строку команд.

Microsoft Access — это функционально полная реляционная СУБД. В ней предусмотрены все необходимые вам средства для определения и обработки данных, а также для управления ими при работе с большими объемами информации.

Рисунок 1 – Диалоговое окно Мастера таблиц.

Microsoft Access называет объектами все, что может иметь имя (в смысле Access). В базе данных Access основными объектами являются таблицы, запро­сы, формы, отчеты, макросы и модули.

Таблица. Объект, который вы определяете и используете для хранения данных. Каждая таблица включает информацию об объекте определенного типа, например о клиентах. Таблица содержит поля (столбцы), в которых хранятся различного рода данные, например фамилия или адрес клиента, и записи (которые называются также строками). В записи собрана вся информация о конкретном предмете (человеке, образце продукции), например, информация о клиенте по имени. Для каждой таблицы вы можете определить первичный ключ (одно или несколько полей, которые имеют уникальное значение для каждой записи) и один или несколько индексов с целью увеличения скорости доступа к данным.

Запрос. Объект, который позволяет пользователю получить нужные данные из одной или нескольких таблиц. Для создания запроса вы можете использовать QBE (запрос по образцу) или инструкции SQL. Вы можете создать запросы на выбор, обновление, удаление или на добавление данных. С помощью запросов вы можете создавать новые таблицы, используя данные одной или нескольких таблиц, которые уже существуют. При работе с таблицей существует возможность просмотреть все данные этой таблицы. Что делать, если вам нужны только некоторые компоненты таблицы? Для того чтобы решить такую задачи, вы можете создать запрос.

Форма. Объект, предназначенный в основном для ввода данных, отображения их на экране или управления работой приложения. Вы можете использовать формы для того, чтобы реализовать требования пользователя к представлению данных из запросов или таблиц. Формы можно также распечатать/ С помощью формы вы можете в ответ на некоторое событие запустить макрос или процедуру — например, запустить макрос, когда изменяется значение определенных данных.

Отчет. Объект, предназначенный для создания документа, который впоследствии может быть распечатан или включен в документ другого приложения. Прежде чем выводить отчет на принтер, вы можете предварительно просмотреть его на экране.

Макрос. Объект, представляющий собой структурированное описание одного или нескольких действий, которые, по вашему мнению, должен выполнить Access в ответ на определенное событие. Например, вы можете определить макрос, который в ответ на выбор некоторого элемента в основной форме открывает другую форму. С помощью другого макроса вы можете осуществлять проверку значения некоторого поля при изменении его содержания. В макрос можно включить дополнительные условия для выполнения или невыполнения тех или иных включенных в него действий. Вы можете также из одного макроса запустить другой макрос или функцию модуля.

Модуль. Объект, содержащий программы на Microsoft Access Basic, которые позволяют вам разбить процесс на более мелкие действия и обнаружить те ошибки, которые вы не могли бы найти с использованием макросов. Модули могут быть независимыми объектами, содержащими функции, которые можно вызывать из любого места приложения, но они могут быть и непосредственно «привязаны» к отдельным формам

Все составляющие базы данных, такие, как таблицы, отчеты, запросы, формы и объекты, в Access хранятся в едином дисковом файле. Основным структурным компонентом базы данных является таблица.

Рисунок 2 – Создание таблицы в режиме конструктора.

В таблице создаем имя поля и тип данных.